(57)【要約】  複数の移動体を同時に使用する場合に、他の移動体からの超音波による影響を受けることなく、それぞれの移動体の位置を正確に検出する。  移動体が、移動体を識別可能である超音波送信要求のトリガ信号を送信する手段と、レシーバから超音波送信許可のトリガ信号を受信する手段と、超音波送信許可のトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する手段とを備え、前記レシーバが、移動体から超音波送信要求のトリガ信号を受信する手段と、移動体側で識別可能である超音波送信許可のトリガ信号を送信する手段と、超音波送信許可のトリガ信号の送信タイミングを制御する制御手段と、所定間隔で設定された少なくとも２つの超音波受信手段と、超音波送信許可のトリガ信号を送信した時点と超音波到達時点とから、移動体からの超音波伝搬時間を算出する手段と、算出した超音波伝搬時間から、移動体の位置を算出する位置算出手段とを備える。
2011013418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガ信号を送受信し、さらに超音波を送信する少なくとも１つの移動体と、前記トリガ信号を送受信し、前記超音波を受信するレシーバとを備え、
前記移動体が、
前記移動体を識別可能である、超音波送信要求のトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記レシーバから、超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する超音波送信手段とを備え、
前記レシーバが、
前記移動体から前記超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記移動体側で識別可能である、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記移動体へのトリガ信号の送信タイミングを制御する制御手段と、
前記移動体が送信する超音波を受信する所定間隔で設定された少なくとも２つの超音波受信手段と、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記トリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記超音波送信要求のトリガ信号および前記超音波送信を許可するトリガ信号の少なくとも一方が、前記移動体毎に重複が生じないよう帯域分割された電磁波信号である、請求の範囲１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記移動体が、電子ペンである、請求の範囲１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記移動体が、ロボットである、請求の範囲１または２記載の位置検出装置。
【請求項５】
さらに、前記算出された移動体の位置を表示する表示手段を備える、請求の範囲１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
請求の範囲１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置を使用し、
前記移動体から前記レシーバに、前記移動体を識別可能である、超音波送信要求のトリガ信号を送信するトリガ信号送信工程と、
前記レシーバが、前記移動体から前記超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信工程と、
前記移動体に超音波送信を許可するトリガ信号の送信タイミングを制御する制御工程と、
前記レシーバが、前記移動体側で識別可能である、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信工程と、
前記移動体が、この移動体が識別可能な超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信工程と、
前記移動体が、前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を前記レシーバに送信する超音波送信工程とを備え、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出工程と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出工程とを備えることを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
前記制御工程において、前記移動体からの前記超音波送信要求のトリガ信号を受信した場合、他の移動体からの超音波の受信状態を確認し、前記超音波の受信時間中でなければ、前記移動体側で識別可能な超音波送信を許可するトリガ信号を送信する、請求の範囲６記載の位置検出方法。
【請求項８】
前記超音波送信要求のトリガ信号および前記超音波送信を許可するトリガ信号の少なくとも一方が、前記移動体毎に重複が生じないよう帯域分割された電磁波信号である、請求の範囲６または７記載の位置検出方法。
【請求項９】
さらに、前記算出された移動体の位置を表示する表示工程を備える、請求の範囲６から８のいずれか一項に記載の位置検出方法。
【請求項１０】
超音波送信要求のトリガ信号をレシーバに送信するトリガ信号送信手段と、
前記レシーバから超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する超音波送信手段とを備えることを特徴とする、請求の範囲１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置に使用される移動体。
【請求項１１】
前記超音波送信要求のトリガ信号および前記超音波送信を許可するトリガ信号の少なくとも一方が、特定の帯域の電磁波信号であり、前記特定の帯域を変更する変更手段を備えている、請求の範囲１０記載の移動体。
【請求項１２】
移動体から超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記移動体側で識別可能である、超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記移動体へのトリガ信号の送信タイミングを制御する制御手段と、
前記移動体が送信する超音波を受信する所定間隔で設定された少なくとも２つの超音波受信手段と、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記トリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段とを備えることを特徴とする、請求の範囲１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置に使用されるレシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、位置検出方法、移動体およびレシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いてその伝搬時間を測定し、電子ペン等の座標入力装置および移動ロボット等の移動体の位置検出を行う方法や装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。超音波の伝搬時間を利用した位置検出方法においては、移動体から一定周期で超音波と赤外線を同時に送信し、レシーバで受信する。図７には、レシーバで検出される信号の一例を示す。本例では、移動体から送信される超音波は、バースト状の波形の信号で、各送信周期において同じ波形のものが送信されている。超音波と赤外線には速度差があるので、受信には時間差（ｔ１、ｔ２等）が生じる。レシーバでは、まず赤外線を受信し、ついで伝搬距離に応じて遅れて到達する超音波を受信する。そこで、赤外線を受信した時点から、超音波を受信した時点までの時間を超音波の伝搬時間として測定し、その伝搬時間を利用して移動体の位置を特定する。【０００３】
この方法では、複数の移動体を同時に使用した場合、レシーバでは各移動体の識別ができないため、ある赤外線信号に対応する超音波の識別が困難で、正常に座標検出ができない。さらに、複数の移動体が同時に動作している状況では、レシーバで異なる移動体から送信された超音波を同時に受信する可能性があるが、超音波送信信号はバースト状の波形のため、混ざり合ったそれぞれの超音波を分離するのが非常に難しく、それぞれの超音波の到達時点を検出することが困難となり、移動体の正確な位置検出ができない。【０００４】
そこで、複数の移動体を識別して位置検出を行うために、時分割で超音波を送信し、ペンを同時動作させるペン入力装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。このペン入力装置においては、ペンをペンホルダに挿入したときに、固定体がタイミング信号をペンに与えることにより、固定体側とペン側のクロックを同期させ、このときに与えるタイミング信号をペン毎に分けることにより時分割を実現する。【０００５】
また、複数の移動体を識別して位置検出を行う他の一例として、赤外線等に固有の識別信号を付与して送信することも提案されている（例えば、特許文献５、６参照）。この位置検出方法においては、固定体（レシーバ）からＩＤ情報を含んだ赤外線信号等の電磁波信号を発信し、移動体側では自身のＩＤに該当する電磁波信号を受信した場合にのみ超音波を発信するようにする。なお、ＩＤ情報を含む電磁波信号を送信する間隔は、座標入力を行なう最大範囲を超音波が移動する時間より長く設定する。図８に示すように、使用する移動体の数をｎ、座標を測定する周期をＴとすると、一個の移動体に割り当てられる時間Ｔ／ｎは、移動範囲との関係で決める必要がある。電子ペンの手書きの筆跡を再現するといった場合には、Ｔはいたずらに長く設定することはできない。例えば、描画範囲がＡ４サイズ、Ｔ＝１０ｍｓの場合、超音波の伝搬距離は最長で３５０ｍｍ、伝搬時間で１ｍｓ程度となるため、別ＩＤの時間枠に入らないように余裕を見てＴ／ｎ＝２ｍｓと設定すると、最大５個の移動体が同時使用できることとなる。一方、プロジェクタの投影画面での電子ペン使用を想定すると、最遠点が２ｍにも達し、伝搬時間は７ｍｓ程度となって、Ｔ＝２０ｍｓでは、余裕を考慮すると２個の移動体の同時使用が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１１８２０５号明細書
【特許文献２】特開２００３−２８８１５７号公報
【特許文献３】特開２００５−４３３３７号公報
【特許文献４】特許第３５５１５９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１９９５６０号公報
【特許文献６】特開２００８−１０７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したクロックの同期により時分割を実現する方法においては、あらかじめ固定体がタイミング信号を移動体に与え、移動体と固定体の同期を取るため、移動体と固定体のクロックのずれが座標検出精度に大きく影響を与えてしまう問題点がある。また、時間経過に伴い、誤差が累積していく可能性がある。【０００８】
また、上述した赤外線等に固有の識別信号を付与して送信する方法では、赤外線・超音波のどちらか一方を固定体から移動体に送信する構成とすることで、移動体が信号を発信する時間帯が重ならないようにすることにより、複数の移動体を共存可能とするものの、移動体が使用していない状態でも、赤外線もしくは超音波を送信する必要があり、電力消費の増加につながる。一方、固定体からの信号の送信回数を少なくして電力消費を削減する方法についても開示があるが、固定体からの信号の送信を一旦休止してから、再開する場合に、必ず座標を測定する周期分の時間遅れが発生する。特に、例えば、プロジェクタの投影画面でペンを使用し、ペンの軌跡を順次投影画面上に表示する場合は、書き始めの点は描画されないこととなり、さらに軌跡の線が描画されるには、２点分の座標が必要なので、もう一周期分の遅れが発生し、ペンの使用者は描画遅れにより使用しづらいという問題点がある。【０００９】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、複数の移動体を同時に使用する場合であっても、各移動体の位置を正確かつ安定的に検出することが可能な位置検出装置、位置検出方法、移動体およびレシーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、
トリガ信号を送受信し、さらに超音波を送信する少なくとも１つの移動体と、前記トリガ信号を送受信し、前記超音波を受信するレシーバとを備え、
前記移動体が、
前記移動体を識別可能である、超音波送信要求のトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記レシーバから、超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する超音波送信手段とを備え、
前記レシーバが、
前記移動体から前記超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記移動体側で識別可能である、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記移動体へのトリガ信号の送信タイミングを制御する制御手段と、
前記移動体が送信する超音波を受信する所定間隔で設定された少なくとも２つの超音波受信手段と、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記トリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段とを備えることを特徴とする。【００１１】
また、本発明の位置検出方法は、前記本発明の位置検出装置を使用し、
前記移動体から前記レシーバに、前記移動体を識別可能である、超音波送信要求のトリガ信号を送信するトリガ信号送信工程と、
前記レシーバが、前記移動体から前記超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信工程と、
前記移動体に超音波送信を許可するトリガ信号の送信タイミングを制御する制御工程と、
前記レシーバが、前記移動体側で識別可能である、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信工程と、
前記移動体が、この移動体が識別可能な超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信工程と、
前記移動体が、前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を前記レシーバに送信する超音波送信工程とを備え、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記超音波送信を許可するトリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出工程と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出工程とを備えることを特徴とする。【００１２】
また、本発明の移動体は、前記本発明の位置検出装置に使用され、
超音波送信要求のトリガ信号をレシーバに送信するトリガ信号送信手段と、
前記レシーバから超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する超音波送信手段とを備えることを特徴とする。【００１３】
また、本発明のレシーバは、前記本発明の位置検出装置に使用され、
移動体から超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段と、
前記移動体側で識別可能である、超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段と、
前記移動体へのトリガ信号の送信タイミングを制御する制御手段と、
前記移動体が送信する超音波を受信する所定間隔で設定された少なくとも２つの超音波受信手段と、
前記受信した超音波から超音波到達時点を検出し、前記トリガ信号を送信した時点と前記検出された超音波到達時点とから、超音波が前記移動体から前記少なくとも２つの超音波受信手段に到達するまでの超音波伝搬時間をそれぞれ算出する時間算出手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と前記超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の移動体を同時に使用する場合であっても、各移動体の位置を正確かつ安定的に検出することが可能な位置検出装置、位置検出方法、移動体およびレシーバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の位置検出装置の実施形態１における一例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の位置検出装置の実施形態１における一例の構成を示すブロック図に信号の流れを表示した図である。
【図３】本発明の実施形態１における移動体の位置算出方法を２次元で示す図である。
【図４】本発明の実施形態２における複数の移動体を用いた例の動作を示す図である。
【図５】本発明の位置検出装置の実施形態３における一例の構成を示す図である。
【図６】本発明の位置検出装置の実施形態４における一例の構成を示す図である。
【図７】関連技術における位置検出方法の一例を示す図である。
【図８】関連技術における位置検出方法のその他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の位置検出装置、位置検出方法、移動体およびレシーバについて、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１７】
（実施形態１）
図１および図２に、本実施形態による位置検出装置の一例の構成を示す。図示のとおり、この位置検出装置１０は、移動体１００と、移動体１００から離れた所定の位置に設置されたレシーバ２００と、移動体１００が移動した軌跡を表示する表示パネル３００を備えている。表示パネル３００は、通常に使用されるモニターでもよいし、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイのような大画面ディスプレイや、プロジェクタで投影された投影画面でも構わない。
【００１８】
前記移動体１００は、制御回路１０１と、トリガ駆動回路１０２と、トリガ送信部１０３と、トリガ受信部１０４と、トリガ検出回路１０５と、超音波駆動回路１０６と、超音波送信部１０７とを備えている。制御回路１０１は、トリガ駆動回路１０２、トリガ検出回路１０５および超音波駆動回路１０６に電気的に接続されている。トリガ駆動回路１０２は、トリガ送信部１０３に電気的に接続されている。トリガ検出回路１０５は、トリガ受信部１０４に電気的に接続されている。超音波駆動回路１０６は、超音波送信部１０７に電気的に接続されている。本実施形態での制御回路１０１、トリガ駆動回路１０２およびトリガ送信部１０３は、本発明における「超音波送信要求のトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段」に相当する。本実施形態でのトリガ受信部１０４、トリガ検出回路１０５は、本発明における「レシーバから、超音波送信を許可するトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段」に相当する。本実施形態での制御回路１０１、超音波駆動回路１０６および超音波送信部１０７は、本発明における「超音波送信を許可するトリガ信号を受信したら直ちに超音波を送信する超音波送信手段」に相当する。
【００１９】
前記レシーバ２００は、トリガ受信部２０１と、トリガ検出回路２０２と、制御回路２０３と、トリガ駆動回路２０４と、トリガ送信部２０５と、超音波受信部２０６−１、２０６−２と、サンプリング回路２０７−１、２０７−２と、メモリ２０８と、データ処理回路２０９とを備えている。トリガ受信部２０１は、トリガ検出回路２０２に電気的に接続されている。トリガ検出回路２０２、トリガ駆動回路２０４は、制御回路２０３に電気的に接続されている。トリガ駆動回路２０４は、トリガ送信部２０５に電気的に接続されている。超音波受信部２０６−１は、サンプリング回路２０７−１に、超音波受信部２０６−２は、サンプリング回路２０７−２に、それぞれ電気的に接続されている。制御回路２０３、サンプリング回路２０７−１および２０７−２は、メモリ２０８に電気的に接続されている。メモリ２０８は、データ処理回路２０９に電気的に接続されている。
【００２０】
本実施形態でのトリガ受信部２０１、トリガ検出回路２０２は、本発明における「移動体から、超音波送信要求のトリガ信号を受信するトリガ信号受信手段」に相当する。本実施形態での制御回路２０３、トリガ駆動回路２０４およびトリガ送信部２０５は、本発明における「超音波送信を許可するトリガ信号を送信するトリガ信号送信手段」に相当する。本実施形態での制御回路２０３は、本発明における「制御手段」に相当する。本実施形態での超音波受信部２０６−１および２０６−２、サンプリング回路２０７−１および２０７−２は、本発明における「超音波受信手段」に相当する。
【００２１】
データ処理回路２０９は、表示パネル３００と電気的に接続されている。本実施形態での表示パネル３００は、本発明における「表示手段」に相当する。
【００２２】
制御回路１０１および制御回路２０３は、例えば、中央演算処理回路（ＣＰＵ）を備える。前記制御手段が実行する制御は、後述する。なお、本実施形態の位置検出装置を構成する移動体が、例えば、操作部、表示部、メモリ等を備える場合には、前記制御回路１０１は、例えば、これらの部材と電気的に接続されていてもよい。
【００２３】
前記トリガ送信部１０３および２０５は、トリガ信号として、光を使用する場合には、例えば、発光ダイオードを用いればよく、トリガ信号として、電波を使用する場合には、例えば、電波発信器を用いればよい。前記トリガ受信部１０４および２０１としては、通知されるトリガ信号が光である場合には、例えば、フォトダイオードを用いればよく、通知されるトリガ信号が電波である場合には、例えば、電波受信アンテナを用いればよい。
【００２４】
制御回路１０１は、トリガ駆動回路１０２に対してトリガ信号の生成を指示する信号を出力する（ａ１）。トリガ駆動回路１０２は、制御回路１０１からの指示信号に基づきトリガ駆動用信号を生成する（ａ２）。トリガ送信部１０３は、トリガ駆動回路１０２からのトリガ駆動用信号により駆動され、トリガ信号を空間に送出する（ａ３）。このトリガ信号は、例えば電磁波信号である電波または赤外線信号として送信する。
【００２５】
トリガ送信部１０３から送信されるトリガ信号は、前記移動体１００を識別可能な信号である。複数の移動体１００を利用する場合、トリガ信号としては、例えば、移動体１００毎に重複が生じないよう帯域分割された信号を用いることで、レシーバ２００において移動体を一意に識別可能となる。
【００２６】
トリガ受信部１０４は、レシーバ２００からのトリガ信号を受信し（ｃ３）、このトリガ信号を電気信号に変換し、トリガパルスとして出力する（ｄ１）。トリガ検出回路１０５は、トリガ受信部１０４からのトリガパルスを検出すると、制御回路１０１へ通知する（ｄ２）。
【００２７】
制御回路１０１は、トリガ検出回路１０５からのトリガ検出の通知を受けると（ｄ２）、超音波駆動回路１０６に対して超音波の生成を指示する信号を出力する（ｄ３）。超音波駆動回路１０６は、制御回路１０１からの指示信号に基づき超音波駆動信号を生成する（ｄ４）。超音波送信部１０７は、超音波駆動回路１０６からの駆動信号により超音波を空間に送出する（ｄ５）。
【００２８】
トリガ受信部２０１は、移動体１００からのトリガ信号を受信し（ａ３）、このトリガ信号を電気信号に変換し、トリガパルスとして出力する（ｂ１）。トリガ検出回路２０２は、トリガ受信部２０１からのトリガパルスを検出すると、どの移動体から受信したかの情報も含め、制御回路２０３へ通知する（ｂ２）。
【００２９】
制御回路２０３は、トリガ検出回路２０２からのトリガ検出の通知を受けると（ｂ２）、送信タイミングを制御してトリガ信号の生成を指示する信号をトリガ駆動回路２０４に出力し（ｃ１−１）、そのトリガ信号生成指示信号の出力時刻をトリガ出力時刻データとしてメモリ２０８に格納する（ｃ１−２）。トリガ駆動回路２０４は、制御回路２０３からの指示信号に基づきトリガ駆動用信号を生成する（ｃ２）。前記送信タイミングの制御としては、例えば、他の移動体からの超音波を受信中でないかを確認し、受信中でなければ、トリガ駆動回路２０４に対してトリガ信号の生成を指示する信号を出力し、トリガ駆動回路２０４は、制御回路２０３からの指示信号に基づきトリガ駆動用信号を生成することが好ましい。
【００３０】
トリガ送信部２０５は、トリガ駆動回路２０４からのトリガ駆動用信号により駆動され、トリガ信号を空間に送出する（ｃ３）。このトリガ信号は、例えば電磁波信号である電波もしくは赤外線信号として送信する。通常は、移動体１００のトリガ信号と同一の電磁波信号を用いる。
【００３１】
トリガ送信部２０５から送信されるトリガ信号は、前記移動体１００側で一意に識別可能な信号とする。複数の移動体１００を利用する場合、トリガ信号としては、例えば、移動体１００毎に重複が生じないよう帯域分割された信号を用いることで、移動体１００において信号を一意に識別可能となる。
【００３２】
超音波受信部２０６−１と２０６−２とは、予め定められた間隔長を介して互いに離した状態で設置されており、移動体１００から送信された超音波を受信し（ｄ５）、これを電気信号に変換し、サンプリング回路２０７−１、２０７−２に出力する（ｅ１−１、ｅ１−２）。
【００３３】
サンプリング回路２０７−１、２０７−２は、超音波受信部２０６−１、２０６−２から出力される電気信号を一定間隔でサンプルし、順次メモリ２０８に格納する（ｅ２−１、ｅ２−２）。
【００３４】
データ処理回路２０９は、必要に応じてメモリ２０８に格納されている超音波受信部２０６−１、２０６−２のそれぞれで受信した超音波波形データを読み出し（ｆ１）、フィルタリングを行い超音波波形としてメモリ２０８に格納する（ｆ２）。
【００３５】
また、データ処理回路２０９は、メモリ２０８に格納されたトリガ信号生成指示信号の出力時刻から、あらかじめ移動体が移動する最大範囲（可動範囲）を超音波が伝搬する時間よりも長く設定された一定時間を経過した時刻までの時間のメモリ２０８に格納された超音波データから、超音波到達時点を検出し、トリガ出力時刻から超音波到達時点までの経過時間、即ち移動体１００からレシーバ２００に到達するまでの超音波の伝搬時間を、超音波受信部２０６−１、２０６−２のそれぞれで受信した超音波毎に算出する。
【００３６】
さらに、データ処理回路２０９は、超音波受信部２０６−１、２０６−２のそれぞれで受信した超音波毎に算出された移動体１００からレシーバ２００に到達するまでの超音波の伝搬時間と、超音波受信部２０６−１、２０６−２の間隔長とに基づいて移動体１００の可動範囲内における位置を算出する。
【００３７】
データ処理回路２０９は、表示パネル３００と電気的に接続され、前記算出された移動体の位置を表示することもできる。
【００３８】
データ処理回路２０９による位置算出手順の例について、以下に説明する。図３は、移動体１００と超音波受信部２０６−１、２０６−２との位置算出方法を２次元で示す図である。図３において、レシーバ２００は、移動体１００の可動範囲の左側に設置された場合であり、Ｐは移動体１００の可動範囲上のＸ−Ｙ座標における位置座標値（ｘ，ｙ）、Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ超音波受信部２０６−１、２０６−２の位置を示している。
【００３９】
また、ｄ１は移動体１００から超音波受信部２０６−１までの距離、ｄ２は移動体１００から超音波受信部２０６−２までの距離である。Ｄは超音波受信部２０６−１、２０６−２の中央をＸ−Ｙ座標の原点とした場合の原点からのＹ軸方向の距離である。また、αは移動体１００と超音波受信部２０６−１とを結ぶ直線がＹ軸となす角度を示している。
【００４０】
ここで、超音波受信部２０６−１と２０６−２とで受信した超音波の伝搬時間をそれぞれｔ１、ｔ２とし、また、音速をＡとする。距離ｄ１、ｄ２は、ｄ１＝Ａ×ｔ１、ｄ２＝Ａ×ｔ２として算出することができる。超音波受信部２０６−１と２０６−２間の間隔長（２Ｄ）と距離ｄ１、ｄ２との間には、以下の式（１）に示す関係が成立していることから、移動体１００の位置（ｘ、ｙ）は、式（２）による計算を行うことで求めることができる。
【数１】
2011013418.tif 000003
【数２】
2011013418.tif 000004
【００４１】
上記のように、レシーバ２００の２つの超音波受信部２０６−１と２０６−２で受信した超音波の伝搬時間と、超音波受信部２０６−１、２０６−２の間隔長とから、三角測量の原理によって移動体１００の位置を正確に決定することが可能となる。
【００４２】
上記で算出された移動体１００の位置情報（ｘ、ｙ）は、表示パネル３００に出力され、移動体１００の位置が表示パネル３００上に表示される（ｇ）。
【００４３】
本実施形態の位置検出装置および位置検出方法は、電子ペンシステムに用いることができる。この場合、前記移動体は、電子ペンであることが好ましい。また、本実施形態の位置検出装置および位置検出方法は、ロボットシステムにおける位置検出に用いることもできる。この場合、前記移動体としては、ロボットであることが好ましい。
【００４４】
（実施形態２）
次に、図４を参照して、移動体が複数ある場合の位置検出方法について説明する。本実施形態においては、２つの移動体１００ａおよび１００ｂを用いる場合を述べる。
【００４５】
移動体１００ａは、位置検出要求時に、レシーバ２００に超音波送信要求のトリガ信号を送信する。レシーバ２００は、移動体１００ａからの超音波送信要求のトリガ信号を受信したら、他の移動体１００ｂからの超音波の受信状態を確認する。移動体１００ｂからの超音波が受信中でなければ、超音波送信要求を受け付けた移動体１００ａに対し、超音波送信許可をトリガ信号で送信する。各移動体は識別可能な信号を送信するので、どの移動体から送信された信号かはレシーバにおいて認識することができる。超音波送信許可のトリガ信号を送信した時刻から一定時間（移動体が移動する最大範囲を超音波が移動する時間より長く設定）を超音波受信時間と設定し、超音波受信中とする。その間、マイク等により超音波を受信する。
【００４６】
トリガ信号で超音波送信許可を受信した移動体１００ａは、超音波を送信する。レシーバ２００は超音波受信時間が経過したら、受信した超音波から超音波到達時点を検出し、超音波送信許可のトリガ信号を送信した時刻からの経過時間により超音波伝搬時間を算出する。
【００４７】
一方、超音波受信中に他の移動体からの超音波送信要求のトリガ信号を受信していたら、超音波受信中の移動体の超音波受信時間が経過した時点で、その移動体に対し、超音波送信許可のトリガ信号を送信し、マイク等によりその移動体からの超音波を受信する。２つの移動体が同時に超音波送信要求のトリガ信号を出した場合、超音波送信許可に呼応して一方はすぐに超音波送信を行うが、もう一方の移動体は、他方の超音波受信時間だけ待った後、超音波を送信する。
【００４８】
以上のように、移動体からの超音波送信のタイミングを制御することで、レシーバでは、各移動体からの超音波が識別可能なように受信することができる。各移動体は、使用中は、検出開始時にレシーバからトリガ信号で超音波送信許可を受信した時点から、一定周期でトリガ送受信、超音波送信といった一連の動作を繰り返し実行する。これにより、複数の移動体に対し、順次その軌跡を精度よく検出することができる。
【００４９】
なお、移動体を識別する信号が特定帯域の電磁波信号である場合、前記移動体は、複数の特定帯域の電磁波信号を発信できるものとすることも好ましい。この場合、同時に使用する移動体の組み合わせによって、個々の移動体の識別信号を変更することができるので、識別信号の重複を避けることができる。
【００５０】
（実施形態３）
以下の実施の形態においては、本発明による位置検出装置を、電子ペンシステムに適用した場合を説明する。
【００５１】
本実施形態において、本発明の位置検出装置を構成する移動体は、電子ペンである。電子ペンとは、ペン先から信号を発し、レシーバで受信することにより、リアルタイムでペン先の位置を検知する入力デバイスである。表示パネル上で走査して軌跡を前記表示パネル上に表示してもよいし、別の走査領域で走査した軌跡を表示パネル上に表示してもよい。
【００５２】
図５に、本実施形態による位置検出装置の一例の構成を示す。図５に示すように、本実施形態の位置検出装置は、電子ペンと、電子ペンから離れた所定の位置に設置されたレシーバと、電子ペンによって描いた軌跡を表示する表示パネルを備えている。本例においては、電子ペン５００は、表示パネル３００上で使用される。表示パネル３００は、通常に使用されるモニターでもよいし、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイのような大画面ディスプレイや、プロジェクタで投影された投影画面でも構わない。
【００５３】
前記電子ペン５００は、制御回路１０１と、トリガ駆動回路１０２と、トリガ送信部１０３と、トリガ受信部１０４と、トリガ検出回路１０５と、超音波駆動回路１０６と、超音波送信部１０７とを備えている。各部の動作については、実施形態１で述べたものと同様である。
【００５４】
これら以外の構成は、前述の実施形態１および実施形態２と同様である。
【００５５】
トリガ送信部１０３から送信されるトリガ信号は、各電子ペン５００を一意に識別可能な信号とする。複数の電子ペンを利用する場合、トリガ信号としては、例えば、電子ペン毎に重複が生じないよう帯域分割された信号を用いる。
【００５６】
各電子ペンは、使用状態になったら、レシーバにトリガ信号により超音波送信要求を送信する。使用状態の判別は、例えば、ペン先にスイッチを設けておくことで検知することができる。このスイッチは、表示パネル３００への記録（押圧）が開始されたら、オンとなり、記録が終わったらオフとなるようにすればよい。表示パネル３００への押圧により連動してスイッチが押されてオン状態となったら、レシーバ２００にトリガ信号により超音波送信要求を送信する。
【００５７】
表示パネル上で使用する場合、算出される電子ペンの位置情報と表示パネルにおける表示位置を対応付けておくことで、ペン先に対応する位置で軌跡の表示ができ、実際にペン書きをする感覚での操作が可能となる。
【００５８】
電子ペンを複数用いる場合は、上述の実施形態２の方法により、ペン先の位置検出を行えばよい。
【００５９】
各電子ペンは、使用中は、使用開始時にレシーバからトリガ信号で超音波送信許可を受信した時点から、一定周期でトリガ送受信、超音波送信といった一連の動作を繰り返し実行する。これにより、複数の電子ペンに対しても、順次その軌跡を精度よく描画することができる。
【００６０】
複数の電子ペンは、同一の表示パネル上で用いることができる。また、前記別の走査領域を複数用いて、それぞれの走査領域において別の電子ペンを用いて描いた軌跡を、同一の表示パネル上に表示することもできる。表示パネル上と別の走査領域上のそれぞれで描いた軌跡を、前記表示パネル上に合わせて表示することもできる。複数の走査領域を用いる場合、それぞれの走査領域毎に超音波受信部を設けておくことが好ましい。
【００６１】
また、電子ペンから送信するトリガ信号に、識別情報以外にも電子ペンの情報を付加することができる。一例としては、電子ペンに描画に必要な情報を設定可能なようにする。例えば、色設定が可能なように構成し、現在の色情報をトリガ信号でレシーバに送信する。レシーバはその情報によりペンの色を変更することが可能となる。他には、線幅や色の濃さ、さらには、圧力センサを付加して、ペン先に掛かる圧力等を送信することも可能である。描画に必要な情報の設定を変更できるようなものであると、例えば、黒色で描画している途中で、同じ電子ペンを使用して赤色での描画に変更することもできる。前記描画に必要な情報として、イレイサーの設定をしておくこともできる。
【００６２】
あるいは、電子ペンに温度センサを付加して、現在の温度を取得し、トリガ信号でレシーバに送信することもできる。レシーバはその情報により、現在の温度に応じた音速を計算することで、より精度の高い伝搬時間を計算することが可能となる。
【００６３】
（実施形態４）
以下の実施の形態においては、本発明による位置検出装置を、ロボットシステムに適用した場合を説明する。
【００６４】
本実施形態において、本発明の位置検出装置を構成する移動体は、ロボットである。レシーバをある空間の天井や壁に設置することでロボットの空間内の位置を検出することができる。空間内のロボットの位置を把握することでロボットを制御し衝突回避といった用途に使用可能である。
【００６５】
図６に、本実施形態による位置検出装置の一例の構成を示す。図６に示すように、本実施形態の位置検出装置は、ロボットと、ロボットの移動空間内の所定の位置に設置されたレシーバと、ロボットの移動軌跡を表示する表示パネルを備えている。表示パネル３００は、通常に使用されるモニターでもよいし、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイのような大画面ディスプレイや、プロジェクタで投影された投影画面でも構わない。
【００６６】
前記ロボット６００は、制御回路１０１と、トリガ駆動回路１０２と、トリガ送信部１０３と、トリガ受信部１０４と、トリガ検出回路１０５と、超音波駆動回路１０６と、超音波送信部１０７とを備えている。各部の動作については、実施形態１で述べたものと同様である。
【００６７】
レシーバ２００は、実施形態１で述べたものと同様のものである。
【００６８】
各ロボットは、例えば、移動が開始されたら、レシーバにトリガ信号により超音波送信要求を送信する。移動状態の判別は、例えば、ロボットに移動を検知するセンサを設けておき、移動が開始されたら前記センサで感知し、前記センサから電気信号をトリガ駆動回路に送信すればよい。
【００６９】
本実施形態は、移動体としてロボットを用いるほかは、実施形態１および実施形態２と同様に実施することができる。
【００７０】
ロボットシステムにおいては、ロボットの移動空間が広いため、ロボットに温度センサを付加して、現在の温度を取得し、トリガ信号でレシーバに送信することが好ましい。レシーバはその情報により、現在の温度に応じた音速を計算することで、より精度の高い伝搬時間を計算することが可能となる。
【００７１】
以上、好ましい実施の形態をあげて本願発明を説明したが、本願発明は必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、移動体を人間等に装着し、レシーバをある空間の天井や壁に設置することで、空間内での動線検出や位置追跡といった用途にも適用することができる。
【００７２】
この出願は、２００９年７月３１日に出願された日本出願特願２００９−１７９０２０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７３】
１０  位置検出装置
１００、１００ａ、１００ｂ  移動体
１０１  制御回路
１０２  トリガ駆動回路
１０３  トリガ送信部
１０４  トリガ受信部
１０５  トリガ検出回路
１０６  超音波駆動回路
１０７  超音波送信部
２００  レシーバ
２０１  トリガ受信部
２０２  トリガ検出回路
２０３  制御回路
２０４  トリガ駆動回路
２０５  トリガ送信部
２０６−１、２０６−２  超音波受信部
２０７−１、２０７−２  サンプリング回路
２０８  メモリ
２０９  データ処理回路
３００  表示パネル
５００  電子ペン
６００  ロボット
【図１】
2011013418.tif 000005
【図２】
2011013418.tif 000006
【図３】
2011013418.tif 000007
【図４】
2011013418.tif 000008
【図５】
2011013418.tif 000009
【図６】
2011013418.tif 000010
【図７】
2011013418.tif 000011
【図８】
2011013418.tif 000012
【国際調査報告】
2011013418.tif 000013
2011013418.tif 000014
2011013418.tif 000015
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